SK-ZAGDFG SK-ZAG

DFG-Senatskomission für Zukunftsaufgaben der GeowissenschaftenDFG-Senatskomission für Zukunftsaufgaben der Geowissenschaften
  1. Start >
  2. ..... >
  3. 10 – Die Erde als Ökosystem >
  4. 10.3 – Krisen der Evolution und Dynamik der Biodiversität

10.3 – Krisen der Evolution und Dynamik der Biodiversität

Forschung an Fossilien und die Rekonstruktion vergangener Umweltbedingungen haben es möglich gemacht, Veränderungen der Biodiversität der Erde zu erfassen, also der Vielfalt von Genen, Arten und Gemeinschaften. Eine der spannendsten Fragen der Paläobiologie besteht darin, wieso die Vielfalt des Lebens mehrfach rapide zu- oder abgenommen hat. Besonders interessant sind die Massensterben während des Phanerozoikums.

Vor etwa 600 Millionen Jahren, unmittelbar nach einer letzten intensiven Eiszeit im Präkambrium, traten überall auf der Welt ungewöhnliche Vielzeller auf, die als Ediacara-Fauna bekannt sind. Bis heute ist es umstritten, wie diese Organismen im Stammbaum des Lebens einzuordnen sind. Vor etwa 550 Millionen Jahren nahm ihre Vielfalt und Häufigkeit massiv ab. Molekulargenetische Stu­dien legen nahe, dass Tiere mit einer zweiseitigen Körpersymmetrie, die so genannten Bilateria, bereits im ausgehenden Proterozoikum zeitgleich mit den Ediacara-Organismen existiert haben. Doch erst im Kambrium (545 bis 500 Millionen Jahre) entwickelten sich Tiere, die noch heute lebenden Stämmen zugeordnet werden können. Vermutlich begannen die modernen Tierstämme erst, sich sprunghaft auszubreiten und zunehmend zu diversifizieren, als die Ediacara-Organismen verschwanden.

Präkambrium

In der Erdgeschichte brach die Biodiversität mehrfach drastisch ein. Mehrere Massensterben ereigneten sich. Obwohl diese Krisen bereits lange erforscht werden, sind die auslösenden Faktoren immer noch umstritten. Ein weiteres Aussterbeereignis hängt mit der Besiedlung der Erde durch den Menschen im Pleistozän und Holozän und dem exponentiellen Anstieg der Weltbevölkerung zusammen. Dieses Massensterben lief in drei Wellen ab. Die erste Welle begann vor 40.000 Jahren. Damals breitete sich der Homo sapiens auf der Erde aus. Gleichzeitig verschwanden große Säuger und Vögel wie Mammuts, Zwergelefanten und Moas. Die zweite Welle begann mit der weltweiten expansiven Landnahme durch die Kolonialisierung ab 1500 AD. Gegenwärtig befinden wir uns in der dritten Welle, die durch Überbevölkerung und Globalisierung gekennzeichnet ist. Das gegenwärtige Artensterben hat mehrere Ursachen: Viele Tiere sterben aus, weil sie übermäßig gejagt oder befischt werden. Daneben schrumpfen natürliche Lebensräume, Krankheiten breiten sich aus und invasive Arten verdrängen die heimische Flora und Fauna.

Massensterben als Zeitmarker

Die Geowissenschaften tragen aktuell und in der Zukunft zur ­Biodiversitätsforschung bei, indem sie zum Beispiel Lebensräume an Land und im Meer kartieren, Geographische Informations­systeme (GIS) entwickeln und Umweltbedingungen über lange Zeit messen. Im Meer sind Korallenriffe die Ökosysteme mit der größten Artenvielfalt, an Land die Regenwälder der Tropen und Subtropen. Auch die Tiefsee gilt als Ort hoher Biodiversität, allerdings überwiegen dort Kleinstlebewesen mit einer Körpergröße von weniger als einem Zentimeter. Wie sich Riffe im Laufe der Erdgeschichte entwickelten, ist relativ gut bekannt, da viele fossile Riffe erhalten geblieben sind. Über die vergangene und heutige Vielfalt des Lebens im Ozean ist dagegen wenig bekannt. Wie vielfältig Einzeller, also Bakterien, Archaeen und eukaryotische Einzeller an Land und im Meer sind, kann noch nicht bestimmt werden. Zudem konnten bisher nur in wenigen Regionen der Erde langfristige Beobachtungen durchgeführt werden. Daher bleibt das Wissen darüber, wie sich die biologische Vielfalt terrestrischer und mariner Ökosysteme im Laufe der Zeit verändert, lückenhaft. Um die Biodiversität unseres Planeten theoretisch und praktisch zu erforschen, müssen Erd- und Lebenswissenschaften stärker verknüpft werden.

Massenaussterbe-Ereignisse im Phanerozoikum (schwarze Rauten); die Dreiecke entsprechen Eiszeiten. In C ist der Temperaturverlauf im Phanerozoikum gegen­über der heutigen Temperatur zu sehen (Quelle: Buggisch und Walliser aus: Huch et. al. (Hrsg.)(2001): Klimazeugnisse der Erdgeschichte. Springer, Berlin)

Die jüngere Ökosystemforschung zeichnet sich dadurch aus, dass sie den Einfluss des Menschen besonders betrachtet. Probleme wie die Herkunft des Menschen oder sein Einfluss auf die Umwelt beschäftigen nicht nur Wissenschaftler, sondern auch die breite Öffentlichkeit. Das Wissen um unseren Ursprung und unsere Entwicklung hat enorme soziale, politische und kulturelle Implikationen. Weil Bio- und Geowissenschaften in der Anthropologie verstärkt zusammenarbeiten, schreitet die Erforschung der Menschheitsgeschichte derzeit mit riesigen Schritten voran. Dabei wird immer klarer, dass die Entwicklung des Menschen sehr stark mit der Umwelt und dem Klimageschehen verknüpft ist.

Wissenschaftliche Herausforderungen

Die Frage, wie sich die Biodiversität auf der Ebene von Genen, Populationen und Gemeinschaften im Verlauf der Erdgeschichte verändert hat, ist nur schwer zu beantworten. Trotz technologischer Fortschritte sind wichtige Kenngrößen der Biodiversität heute noch immer unbekannt. Wie viele Arten von Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen es auf der Welt gibt, weiß niemand. Schätzungen schwanken zwischen 5 und 500 Millionen. Molekulare Methoden erlauben es heute, die Vielfalt des Lebens schnell zu erfassen. Diese Methoden können die Taxonomie aber nicht ersetzen, bei der unterschiedliche Arten nach ihrer äußeren Form klassifiziert werden. Der Blick zurück in die Erdgeschichte kann wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie Klimaänderungen und biologische Vielfalt zusammenhängen. Dafür ist es nötig, Fossilien und Schichtenfolgen zu erforschen.

Dynamische Biodiversität

Urpferdchen Propalaeotherium pavulum aus der Grube Messel (Foto: Senckenberg
Forschungsinstitute und Naturmuseen, Frankfurt/Main)

Eine große zukünftige Herausforderung besteht darin, Erkenntnisse über die Erholungsfähigkeit der Biodiversität zu gewinnen. Dazu müssen die großen Krisen des Lebens, die durch Fossilien und in Sedimenten dokumentiert sind, genau analysiert werden. Untersuchungen haben ergeben, dass es nach einem Massensterben etwa zehn Millionen Jahre dauert, bis die ursprüngliche Vielfalt wieder erreicht ist, unabhängig von der Intensität der Krise. Dies bedeutet, dass der gegenwärtige Verlust der Biodiversität nicht reparabel ist. Im Detail bedarf es hier allerdings noch intensiver Forschung. So ist es wichtig zu ergründen, weshalb manche Lebensformen bei einer globalen Katastrophe vollständig ausgestorben sind, während andere nahezu unbeschadet fortleben konnten. In diesem Zusammenhang ist auch das Phänomen der so genannten lebenden Fossilien in­teressant. Diese Organismen, zu denen der Pfeilschwanzkrebs oder der Ginkgo gehören, haben sich zum Teil über hunderte von Millionen Jahren kaum verändert. In anderen Fällen geht die Evolution dagegen äußerst rasch vor sich. Viele Schädlinge sind zum Beispiel in der Lage, innerhalb weniger Jahre Resistenzen gegen Pestizide zu entwickeln. Der berühmte Biologe Ernst Mayr bezeichnete die unterschiedliche Geschwindigkeit der Evolution als eine der interessantesten gegenwärtigen Fragen der Evolutionsforschung. Dieses Problem lässt sich nur mit Hilfe detaillierter Untersuchungen von Fossilien lösen.

Erholungsfähigkeit der Biodiversität

Dabei ist noch unklar, ob die frühen Lebensgemeinschaften der Erdgeschichte nur unter sehr speziellen Bedingungen als Fossilien erhalten blieben. Durch die rasante Zunahme von molekulargenetischen Analysen sind unsere traditionellen Vorstellungen darüber stark ins Wanken geraten, welche großen Organismengruppen wie eng miteinander verwandt sind. Die Ergebnisse der Phylogenie-Forschung sollten auch in Zukunft mit dem Bild in Einklang gebracht werden, das sich aus der Fossilüberlieferung und der Biostratigraphie ergibt. Durch den Generationswechsel und die geringe Nachwuchsförderung an deutschen Universitäten und Museen geht in diesem Bereich derzeit viel Fachwissen verloren. Exzellenzzentren für Biodiversitätsforschung, in die auch die Paläobiologie eingebunden ist, könnten dieser Entwicklung entgegenwirken. Die Gesellschaft hat ein hohes Interesse daran, Artensterben und die Entwicklung der Biodiversität in der Wechselwirkung mit dem Menschen zu verstehen.

zuletzt geändert am 2014-08-26 11:05:06 durch Jana Stone | Impressum